Добавил:
Студент архфака КНУБА (КИСИ) 2019-2023 (ノ◕ヮ◕)ノ*:・゚✧ Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БУДIВЕЛЬНА МЕХАНIКА. Посiбник-2018.pdf
Скачиваний:
112
Добавлен:
28.11.2021
Размер:
17.29 Mб
Скачать

21

При розрахунку за допомогою комп’ютерної програми точки графіка можуть бути знайдені в режимі діалогу з комп’ютером Для цього необхідно під час завдання вхідних даних задавати різні співвідношення зовнішніх сил при фіксованому значенні параметра жорсткості ригеля n.

Приклад введених до комп’ютера співвідношень і відповідні результати наведено в табл 15.11.

Таблиця 15.11

P P

P P

Pкр

Pкр i

Pкр i

1

2

 

1

2

 

 

 

 

 

0

1

2,281i

0

2,281

 

 

 

 

 

1

0

1,820i

1,820

0

 

 

 

 

 

1

1

1,243i

1,243

1,243

 

 

 

 

 

15.2. .Особливості розрахунку рами на стійкість за допомогою навчальної комп’ютерної програми комплексу АСИСТЕНТ

Комп’ютерна програма з розрахунку рам на стійкість дає можливість автоматизовано вико-

нати більшість розрахунків Для використання програми необхідно вручну виконати перші два етапи скласти рівняння стійкості і обчислити критичне навантаження.

Програма надає можливість в режимі діалогу ввести вхідні дані які стосуються номера заданої схеми геометричних розмірів параметра жорсткості одного або декількох стержнів а також задані співвідношення між зовнішніми силами Для перевірки правильності розрахунків, зроблених вручну програма запропонує ввести критичні величини зовнішніх сил обчислених в п 15. кщо ці результати помилкові програма пропонує ще деякі питання щодо величини критичного параметра навантаження порядку визначника системи рівнянь методу переміщень а також щодо коефіцієнтів і значення визначника обчислених при нульових параметрах стійкості

Наприкінці

програма повідомить

місце можливої помилки кщо

ж

результати

розрахунків

виконаних

вручну збігаються з

результатами роботи програми

то

вона надає

можливість

продовжити роботу в автоматизованому режимі коли можна змінювати будь-які параметри задачі

виконуючи дослідження п п 15. і 15.

Результати розрахунків можуть бути виведені на екран

монітора або на принтер

 

15.3. Розрахунок на стійкість симетричної рами

Схему симетричної рами під дією симетричного вузлового навантаження представлено на рис 15.11,а Необхідно визначити критичну величину вузлових сил

изначення ступеня кінематичної невизначуваності і призначення основної системи

Задана рама має чотири проміжні жорсткі вузли Тому

k 4 7 ,

8 , 4 , 6 .

22

Рис

Для визначення кількості незалежних поступальних переміщень вузлів утворимо шарнірну

схему рами

рис 15.11,б Очевидно що

для перетворення шарнірної

схеми

на геометрично

незмінювану систему необхідно ввести два додаткові опорні стержні

1

та

2

Перший з них

утримує

від

поступального горизонтального

переміщення

1 вузли

 

і

 

а другий – від

поступального горизонтального переміщення

2 вузли

і

На цій підставі вважаємо що

 

 

k

2

 

1,

2 .

 

 

 

 

 

 

 

Поступальні переміщення вузлів визначають кут перекосів стержнів

 

 

 

 

 

 

1 4

 

2 5

 

13 6

 

1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

4 7

 

6 8

 

1

 

2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

4 6

 

5 6

 

7 8 0.

 

 

 

 

 

 

Отже ступінь кінематичної невизначуваності рами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k k

k 6 .

 

 

 

 

 

 

 

Основну систему методу переміщень одержимо введенням

плаваючих

затиснень у вузли

7 , 8 ,

4 , 6

задля унеможливлювання

їхніх

кутів

повороту

а для

усунення можливих

23

поступальних переміщень – введенням опорних стержнів у вузли

і

 

рис 11.5,в).

Епюра N нормальних сил в рамі до настання втрати стійкості подана на рис 11.5,г.

Параметри стійкості в стержнях рами виражаються через поздовжні сили

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 7

 

N4 7l4 7

Ph ;

 

 

6 8

 

N6 8l6 8

 

Ph

 

4 7 ;

 

 

 

i4 7

 

 

i

 

 

 

 

 

i46 8

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

1 4

 

N1 4l1 4

4Ph

Ph 4 7 ;

3 6

 

N3 6l3 6

 

 

4Ph

 

 

Ph

4 7 ;

 

 

i1 4

4i

i

 

 

i13 6

 

 

 

4i

 

 

i

 

7 8

4 5 5 6

2 5 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Симетрична рама під дією симетричного навантаження може деформуватись при втраті стійкості або за симетричною або за кососиметричною формою Реалізуватиметься та форма якій відповідає менше значення критичного навантаження Тому доцільно виконати розрахунок окремо на симетричну і окремо на кососиметричну деформацію

15.3.1. Розрахунок на втрату стійкості за симетричною формою деформації

Очікуваний згин рами при втраті стійкості за симетричною формою деформації показано на рис 15.12.

Рис 15.12

З умов симетрії можна зробити висновки щодо основних невідомих

8

 

7 ;

 

6

 

4 ;

1

 

2

0.

Таким чином кількість основних невідомих скорочується до трьох При цьому кути перекосу всіх стержнів дорівнюють нулю

1 4

4 7

2 5

6 8

3 6

7 8

4 5

5 6 0.

24

Складання рівнянь рівноваги

Розв’язувальні рівняння складаємо з умов рівноваги елементів які утримуються від переміщень накладеними з’єднаннями ормули для кінцевих зусиль вибираються з табл 5.1, 15. та 15. залежно від граничних умов

M7 M7 4 M7 8 0.

 

 

M 7 4 2i7 4 7 4

7 7 4

4 7 4

7 4

2i 7 4 7 7 4

4 2i

7 4 7 2i 7 4 4 ;

M 7 8 2i7 8 2 7 8 2 7 8 2 4i 2 7 7 8i 7 .

 

M 7 2

7 4

8 i 7 2 7 4i

4 0.

 

 

 

(15.35)

M4 M4 7 M4 5 M4 1 0.

 

 

 

 

 

M4 7

2i4 7

4 7

4 4 7

7

4 7

4 7

 

2i

4 7 4 4 7

7 2i

4 7 4 2i 4 7 7 ;

 

M4 5

3i4 5

4 4 5 3i 4 ;

 

 

 

 

 

M4 1 i4 1 4 1

4 4 1 4i 4 1 4.

 

 

 

 

 

M4 2i

4 7

2 4 7

4 4 1

3 i 4

0.

 

(15.36)

Складання рівняння стійкості

Умовою втрати стійкості є дорівнювання нулю визначника матриці коефіцієнтів при невідомих переміщеннях вузлів

 

 

2 7 4

8

2 7 4

0 .

 

 

 

 

D

 

2 4 7 4 4 1 3

 

 

 

 

2 7 4

 

 

 

 

 

Розв’язання рівняння стійкості

 

 

 

 

 

 

Відшукаємо перший

мінімальний корінь рівняння стійкості

послідовно надаючи одному з

параметрів

який вважатимемо за незалежний нехай це буде параметр

 

довільних значень

наприклад

тощо

При кожному значенні незалежного параметра

 

будемо обчислювати

відповідні значення інших параметрів знаходити величини функцій ,

,

за таблицями які

наведені в

Додатках 4

і обчислювати

величину визначника

Процес

наближень вважається

закінченим коли визначник дорівнюватиме нулю

 

 

 

 

Так взявши маємо з таблиць Додатку 4:

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

7 4 2;

7 4

1.

 

 

Для

 

маємо

 

1 4

3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Підставивши отримані значення до рівняння стійкості отримаємо

 

 

 

D

2 2 8

2 1

 

12

2

224.

 

 

 

 

 

2 1

2 2 4 3 3

2 19

 

Взявши

 

маємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 4

1,932;

7 4

1,017.

 

Для стержня

- відповідне значення параметру

 

 

Маємо з таблиць

1 4 2,794.

Тоді

D

2

1,932 8

2

1,017

 

11,864

2,034

209,9.

 

2

1,017

2

1,932 4 2,794 3

 

2,034

18,040

 

Продовжуємо аналогічні обчислення надаючи параметру стійкості наступних значень доти поки визначник змінить знак Результати заносимо до таблиці 15.12.

Таблиця 15.12

 

7 4

7 4

7 4

1-4

1 4

D

 

 

 

 

 

 

 

1

0

2

1

0

3

224

 

 

 

 

 

 

 

2

1

1,932

1,017

1

2,794

209,9

 

 

 

 

 

 

 

3

2

1,718

1,076

2

2,088

164,5

 

 

 

 

 

 

 

4

3

1,312

1,206

3

0,408

71,3

 

 

 

 

 

 

 

5

4

0,586

1,502

4

-6,518

-229,8

 

 

 

 

 

 

 

6

3,5

1,004

1,321

3,5

-1,468

-15,6

 

 

 

 

 

 

 

7

3,4

1,073

1,294

3,4

-0,974

5,98

 

 

 

 

 

 

 

рафік функції D=D( 7-4) побудовано на рис 15.13,а.

D

а

224

209,9

164,5

71,3

0

1

2

3

3,5

4

7-4

15,6

229,8

 

5,98 3,4

б

3,5

7-4

15,6

0,1

Рис 15.13

26

к видно визначник D змінює знак при значеннях параметру 1-4 в проміжку між і Виконуючи на означеному проміжку лінійну інтерполяцію (рис 15.13,б) знаходимо

кр

3,4

0,1 5,98

3,428.

4 7

5,98 15,6

 

 

 

Критична величина параметру навантаження при симетричній формі втрати стійкості складає

P

2

i

 

3,4282 i

2,350i .

4 7

 

 

кр

h

 

 

5

 

 

 

 

 

15.3.2. Розрахунок на втрату стійкості за кососиметричною формою деформації

Очікуваний згин рами при втраті стійкості за кососиметричною формою деформації показано на рис 15.14.

Рис 15.14

З умов симетрії можна зробити висновки щодо основних невідомих

8

 

7 ;

6

 

4.

Таким чином кількість основних невідомих скорочується до чотирьох

4 , 7 , 1, 2 .

 

Складання рівнянь рівноваги

 

 

Розв’язувальні рівняння складаємо з умов

рівноваги елементів

які утримуються від

переміщень накладеними з’єднаннями

 

Так з умов рівноваги вузла

маємо

 

M7 M7 4 M7 8

0 .

(15.37)

 

 

 

27

З умов рівноваги вузла

 

 

M4

M4 7 M4 5

M4 1 0.

(15.38)

З умов рівноваги верхнього ригеля -

маємо

Fx 0

R8 Q7 4

Q8 6 0 або R8

Q7 4 Q8 6 0 ,

звідки випливає що Q7 4 Q8 6 .

 

З іншого боку внаслідок кососиметричного напружено-деформованого стану рами згинальні

моменти кососиметричні

а поперечні сили симетричні тобто

Q7 4 Q8 6 Обидві рівності

можливі лише за умови

що поперечні сили в стояках дорівнюють нулю

Q7 4

Q8 6 0

е

означає що поступальне переміщення

2

з числа невідомих можна виключити взявши для

 

 

 

 

 

 

 

стояків

-

та

- формули кінцевих моментів для випадку коли

 

 

 

 

 

 

 

поперечна сила дорівнює нулю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Умова рівноваги нижнього ригеля

-5- дає

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fx 0

 

 

R7 Q4 1 Q5 2 Q6 3 0 .

 

 

 

З умов косої симетрії напружено-деформованого стану можна вважати

що

Q6 3 Q4 1

З

урахуванням отриманого співвідношення умова рівноваги ригеля набуває вигляду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R7 2Q4 1

Q5 2

0 .

 

 

 

 

 

 

(15.39)

Отже виражаємо кінцеві зусилля що входять до рівнянь

15.37) (15.39).

 

 

 

M7 4 i7 4

tg

 

7

 

sin

 

 

4

i

tg

 

7

i

sin

 

4 ;

 

 

 

 

 

7

4

 

 

7

4

 

 

7

4

 

7

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M7 8 2i7 8 2 t

8 3 7 8 2 4i 2 t 7 24 7 ;

 

 

 

 

 

 

 

M4 7 i7 4

tg

 

4

 

sin

 

 

7

i

tg

 

4

i

sin

 

7 ;

 

 

 

 

 

7

4

 

 

7

4

 

 

7

4

 

7

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M4 5 3i4 5

4 4 5 3i 4 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M4 1 i4 1 4 1

4

4 1 4i

4 1

4

 

1

4i 4 1 4

0,8i

4 1

1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q4 1

i4 1

4 1

4 4 1

 

4 1

4i

4

1

4

4 1

1

0,8i

4 1

4 0,16i

4 1

1;

 

 

l4 1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

Q5 2

3i5 2

2

 

5 2

3 2i

0

1

0,24i

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

Підставивши отримані кінцеві зусилля до системи рівнянь отримаємо систему рівнянь методу переміщень

 

tg

 

 

24

7

 

sin

 

 

4

 

 

 

0;

 

 

7

4

 

 

 

 

7 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

7

 

 

tg

 

4 1 4 3

4

0,8 1 4

1

0;

(15.40)

 

 

7

4

 

 

7

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,32

4 1 0,24 1

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

1 4

4

 

0.

 

Складання рівняння стійкості

Рівняння стійкості рами одержимо прирівнявши до нуля визначник матриці коефіцієнтів системи рівнянь 15. методу переміщень

 

tg

7

24

 

 

sin

7

4

0

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

D

 

sin

 

tg

 

4

1 4 3

0,8

1 4

0

(15.41)

 

 

7 4

7

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1,6

1 4

 

0,32 4 1

0,24

 

 

Розв’язання рівняння стійкості

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рівняння стійкості

15.

 

 

 

розв’язуємо так само як і для симетричної форми втрати стійкості

зважаючи на те

що 1 4

 

4 7 Послідовно надаємо незалежному параметру

4 7 значень

і

т д Критичною

буде

величина

параметру

за

якою визначник 15.

обертається на

нуль

Результати обчислень заносимо в таблицю 15.15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 15.13

 

 

 

 

4 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-4

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

1 4

1 4

 

 

 

 

 

 

 

tg

 

4 7

 

 

 

4 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

0

3

3

190,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

0,642

 

1,188

 

1

2,790

1,794

50,23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

-0,915

 

2,199

 

2

2,088

-1,911

-216,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

1,2

 

 

0,466

 

1,287

1,2

2,699

1,259

-40,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

1,1

 

 

0,560

 

1,234

1,1

2,749

1,539

-30,96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконавши лінійну інтерполяцію в інтервалі

<

4-7 < 1,1 знаходимо